[发明专利]一种基于双目视觉的无人机自主障碍物检测系统、方法及无人机

权利要求书

1.一种基于双目视觉的无人机自主障碍物检测系统，包括无人机，其特征在于：在无人机上装载有双目视觉系统、其他传感器模块及飞行控制系统；

所述双目视觉系统由两台机载摄像机、视觉采集处理单元构成，所述两台机载摄像机用于获取无人机的视觉信息，所述视觉采集处理单元处理视觉数据建立三维飞行环境信息，该视觉采集处理单元由完成图像的并行算法的现场可编程门阵列FPGA模块和完成图像的串行算法以及结果发布的嵌入式处理器ARM模块构成；所述嵌入式处理器ARM模块与现场可编程门阵列FPGA模块通过AXI接口进行信息交互,ARM模块(101)在采集完视频数据后通过AXI接口(2011)高速的传递给FPGA模块(202)，并在FPGA模块中对获得到的两路图像数据进行并行处理，并将处理结果通过AXI接口(2025)返回给ARM模块进行图像数据的进一步处理；还包括与嵌入式处理器ARM模块连接的在线自标定模块，其在作业过程中根据环境调整摄像机的焦距或基线利用消失点几何特性对双目视觉系统重新进行标定；

所述其他传感器模块包含惯性测量单元IMU、全球定位系统GPS、磁罗盘及气压计；

所述飞行控制系统接收来自于双目视觉系统及其他传感器单元的视觉信息和无人机飞行状态数据，通过融合处理生成飞行控制指令，用于控制无人机飞行；

所述无人机根据飞行控制系统的飞行控制指令进行飞行，实现对障碍物规避飞行功能。

2.根据权利要求1所述的一种基于双目视觉的无人机自主障碍物检测系统，其特征在于：所述视觉采集处理单元的具体结构为：所述嵌入式处理器ARM模块通过AMBA与外部IO单元进行连接，通过AMBA实现对静态内存单元的控制；现场可编程门阵列FPGA模块包括标准IO接口与外部设备进行连接，对机载摄像机进行同步控制，通过GigE模块实现GigE摄像机的视频采集，通过PCIe接口进行内部数据传输；所述双目视觉系统和其他传感器模块与飞行控制系统之间采用CAN总线的方式进行通信。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于双目视觉的无人机自主障碍物检测系统，其特征在于：所述系统还包括遥控器和地面站，所述遥控器、地面站与飞行控制系统及无人机之间以无线链路的方式进行通信。

4.一种如权利要求1至3任一项所述无人机自主障碍物检测系统的检测方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1、双目视觉系统获取无人机飞行环境的视觉信息，并经处理得到障碍物信息；

步骤2、其他传感器单元获取无人机的状态信息；

步骤3、飞行控制系统接收障碍物信息和无人机状态信息，建立飞行路径，生成飞行控制指令并向无人机发送；

步骤4、无人机根据飞行控制系统的飞行控制指令规避障碍物飞行；

其中，所述步骤1的具体实现方法为：

步骤⑴、两台机载摄像机获取无人机的视觉信息；

步骤⑵、视觉采集处理单元的ARM模块(101)获取两路同步图像；

步骤⑶、视觉采集处理单元的ARM模块(101)对两路图像信息进行立体校正；步骤⑷、视觉采集处理单元的FPGA(202)对立体矫正后的图像处理获取视差图像；其中，对两路图像信息进行校正的具体方法为：ARM(101)模块创建四个线程分别进行图像获取(401)、图像矫正(402)、环境信息三维重建(405)及规避决策(407)；嵌入式处理器ARM模块获取带有时间戳标识的图像后，根据摄像机的标定结果对图像进行失真校正及立体匹配矫正，处理结果传递给现场可编程门阵列FPGA模块；

步骤⑸、视觉采集处理单元的FPGA(202)利用视差图进行环境信息的三维重建，从而获得障碍物信息。

5.根据权利要求4所述的一种基于双目视觉的无人机自主障碍物检测方法，其特征在于：所述步骤⑵视觉采集处理单元获取同步图像的具体方法为：现场可编程门阵列FPGA模块通过控制同步触发单元产生同步信号，控制机载摄像机同步采集图像，并将图像传输给嵌入式处理器ARM模块，利用时间戳标识图像，用于后续处理分析。